混凝土外加剂的作用机理概述
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【摘要】本文概述了混凝土常用的几种外加剂的分类和功能，并对其作用机理进行分析，针对混凝土的研究方向，提出一定的研究依据，在工程建设中能够更好的了解并正确的使用外加剂。
【关键词】外加剂；混凝土；性能；影响
1、引言
混凝土外加剂是指混凝土在拌合前或拌合过程中，掺入用以改善混凝土性能的化学物质，其掺入量大多数情况下不会超过5%的水泥用量。针对现在混凝土工程的中所遇到的各种情况和要求，以适当的方式加入适量外加剂更能够满足其工程中的应用，并可以达到强度提高、增加耐久性和节约水泥等预期的效果。近些年来，混凝土外加剂广泛应用于混凝土工程中，但是很多的施工人员并没有很好的认识外加剂，并对其进行正确的选择使用，结果造成了很多因外加剂种类或掺量错误而导致的建筑工程质量事故。所以，认识并正确的使用混凝土外加剂在混凝土的施工中是非常重要的。
2、混凝土外加剂的分类和功能
当前，混凝土外加剂的种类很多，根据国家标准规定可按功能将其分类[1]。
①减水剂。主要作用是改善混凝土的流动性，在一定的情况下，可以节约水泥用量、减少用水量以及提高混凝土的强度。
②早强剂。可以使混凝土的硬化过程加速，并缩短其养护的时间。
③引气剂。其功能可以对混凝土的耐久性进行调整，改善混凝土中的空气含量，提高其抗冻融的性能。
④缓凝剂。使用混凝剂可以降低混凝土的水化热温度，降低裂缝的产生，并能够推迟混凝土的凝结或硬化时间。
⑤抗冻剂。在零下温度的条件下，使用抗冻剂不会造成混凝土中的拌合物液体凝固，对其水化性能进行改善，并且能够提高建筑物的抗冻融性。
⑥阻锈剂。在混凝土中加入阻锈剂，可以提高混凝土中钢筋的抗锈蚀能力，增加混凝土的使用年限。
3、混凝土外加剂的作用机理
3.1减水剂的反应机理
减水剂是由亲水基和憎水基两部分而构成的一种表面活性剂[2]。在混凝土搅拌过程中加入减水剂，其憎水基分子能够吸附在水泥颗粒的表面，使其表面带有同种电荷，产生排斥的静电作用，造成水泥颗粒之间互相分散，导致包裹的部分游离水从破坏的内部絮凝结构中释放出来，进而增加混凝土中搅拌物的有效流动性。减水剂还会起到润滑作用。减水剂的亲水基具有很强的极性，会在水泥颗粒的表面形成稳定的一层溶剂化水膜，能够有效地降低水泥颗粒之间的摩擦阻力，从而进一步能够提高混凝土的流动性。
3.2引气剂反应机理
目前所使用的引气剂基本上都是阴离类的表面活性剂[3]。在混凝土的搅拌物中加入引气剂，会使在搅拌过程中所带入的气体能够均匀的分布在混凝土中，使其的存在形式比较稳定。当引气剂溶于混凝土的水中，然后吸附于水泥颗粒的气—液界界面上，就会经过界面的活性、起泡和稳泡三个方面的作用，进而形成了比较牢固的液相膜，并会降低溶液表面的张力，增加了液体与空气的.接触面积，水泥颗粒表面所吸附的引气剂分子也会对液膜起到保护作用，提高液膜的牢固性。
3.3缓凝剂的反应机理
缓凝剂是能够延缓混凝土的凝结时间，但不会改变其后期强度的一种外加剂。缓凝剂主要分为有机和无机两类[4]。大多数有机类为表面活性剂，掺入混凝土后便能够吸附在水泥颗粒的表面，并使其表面形成带有同性电荷亲水膜，会造成水泥颗粒之间的相互排斥，降低了水泥中水化产物的凝聚。而无机类是在水泥颗粒的表面形成难溶牢固的一层薄膜，阻碍了水泥颗粒的正常水化作用。缓凝剂能够延长水泥的水化和硬化的时间，水泥早期的水化热会降低。并使新搅拌的混凝土在一定的时间内保持塑性，以便有充足的时间进行施工操作。
3.4早强剂的反应机理
不同或相同的早强剂加入到不同品种的混凝土中，其反应机理是不完全相同，这里仅对硫酸盐系中的硫酸钠早强剂进行反应机理分析[5]。无水硫酸钠溶解于水中后，将会和水泥在水化过程中产生的氢氧化钙，生成氧化钙和硫酸钙。新生成的硫酸钙颗粒极细并且活性极强，因此和C3A反应生成水化硫铝酸钙的速度要快得多。混凝土拌合物中的氢氧化钠可以将C3A、石膏的溶解度提高，增加硫铝酸钙在水泥中的生成数量，缩短水泥的凝结硬化和早期强度的时间。
3.5复合膨胀剂的反应机理
根据复合膨胀剂在混凝土中的反应机理，将其现象做出下述分析[6]。少量的膨胀剂被加入混凝土中后，钙矾石晶体会快速并大量的在水泥的浆体中生成，这些相互交错的钙矾石晶体会形成结构骨架，并且有利于早期强度的反应。水泥中的矿物会与膨胀剂发生反应消耗大量的Ca（OH）2，降低了混凝土液相体系里面Ca2+的浓度，而且提高了SO2—的浓度，这样会增大C3S颗粒外面包覆层的内外离子浓度差，进而随着其渗透压的增高不断快速破裂，C3S将会与混凝土里的水分进行充分接触，缩短了C3S的早期水化时间，水化产物中的C—S—H凝胶将会不断的填充在晶体结构的骨架中，并且形成了密实的胶体网络。混凝土中的胶体和晶体进行加固和相互交织，使混凝土网络结构的早期强度快速提高。在中后期的水化过程中，生成的水化产物逐渐减少，强度的发展也会减缓，与此同时水泥石的体积膨胀也逐渐趋于稳定，这样就能够使强度和膨胀同步进行。当加入的复合膨胀剂较多时，混凝土中会形成过量的钙矾石导致其膨胀，而水化早期膨胀过大的话，会导致体系强度缓慢的发展。究其原因是因为膨胀应力超出了建筑结构所能承载的能力，导致了混凝土细小裂缝的产生，而这些细小裂缝会降低强度。
4、混凝土外加剂的发展趋势
在混凝土中掺入不同作用的外加剂是改善混凝土性能最简单最有效的途径，这种方法可以提高强度、改善和易性、增加耐久性并可以节约水泥用量，因此混凝土外加剂是当代高性能的混凝土拌合物里面所不可缺少一部分。随着日益增多的混凝土种类，以及越来越大型化和复杂化的建筑结构，因此对外加剂的需求量逐渐增加，对其要求也越来越高。因此，混凝土外加剂应向以下几个方面发展。
（1）复合多功能型。可以在性能上取长补短，逐渐完善，使用面广，而且价格便宜，性能良好。
（2）品种系列化和多样化。不断的研制开发系列化、多样化新品种，用来满足各种工程的需求，更加便于工程的使用和施工人员进行质量控制。
（3）降低外加剂的生产成本。外加剂原材料费用的降低，对外加剂的生产工艺进行改善，这将对外加剂的广泛应用极为有利。
（4）进一步深入研究和探讨混凝土外加剂的作用机理。随着科学技术的不断进步，应采用先进的测试方法，研究外加剂的作用机理，为生产奠定有效的指导基础。
参考文献
[1]熊大玉,王小虹.混凝土外加剂的原理与应用[M].北京:化学工业出版社,2002.
[2]李永德,陈荣军,李崇智.高性能减水剂的研究现状与发展方向[J].混凝土,2002,(9):10-14.
[3]尤启俊,尹勇,何振文.引气剂的应用技术研究[J].混凝土.2005,4(4):85-87.
[4]郑克仁,徐汉丰,鹿立云,胡玉初.高温缓凝剂对水泥水化的影响[J].凝土与水泥制品,2011,8(4):6-8.
[5]何廷树.混凝土外加剂[J].西安:陕西科学技术出版社,2003,110-121.
[6]黄学辉,郑健,马保国.外加剂对水泥净浆水化热的影响[J].武汉理工大学学报,200325(1):26-29.
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